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2. 1 大规模柔性定制的用电套餐
目前中国电价主要分阶梯电价和峰谷分时电价,鲜有优惠用电套餐,主要原因在于电力仍处于卖 方市场,能源服务商无须设计套餐去主动吸引客 户。电力市场改革早期,菜单电价[7] 作为一种有效的价格策略,其制定方法和合同形式得到深入研 究。随后的套餐研究多是通过建立优化模型进行微调设计[8],或是在已有电价基础上实现精准定制[9]。 前者缺乏对用户行为模式的深入分析,后者由于需要在用户内部装设量测表计并进行人工套餐设计, 导致成本较高。表 1 给出国内外电价套餐相关项目实例[10-13],从表中可以看出套餐的制定趋向于个性化与多元化。
物联网中相关技术的普及与发展,可实现快速 剖析用户用电行为,有效降低用电套餐定制成本,主 要体现如下。
1)高速率的 5G 通信。在海量用电数据采集方 面,相较于当前 15 min 颗粒度的数据采集,5G 通信的高速率能够实现海量用电数据的及时采集与传输。
2)非侵入式辨识。非侵入式辨识技术需要的 秒级用电功率数据对于传统载波通信而言难以实 施。而 5G 通信时代使秒级甚至更细粒度的数据采 集与传输成为可能,可实现对用户用电的非侵入式 精准辨识,在用户分类的基础上,建立跟踪数据库, 按照用户的负荷率、用电特点,结合其历史信用、实 际用电量和潜在增量、用户价值与发展潜力等因素, 对用户群体进一步细分,对相关信息进行更深层次 的挖掘分析[14-15],最终提供更加个性化的用电套餐。
3)人工智能技术助力用户行为模式识 别[10]。 基于人工智能技术的特征提取能力,实现每个用户的精准画像,挖掘、学习用户的行为模式,掌握消费 端个性化需求,从而实现用电套餐的大规模柔性定制化。
2. 2 秒级控制下的需求响应
传统需求响应主要有 2 种方式[16]:①通过峰谷 分时电价减小需求侧峰谷差;②通过提前签订合同, 给在用电高峰期切负荷一定的激励来保证用电安 全。智能电网的发展引出智能小区需求响应的概 念,即将所有家用电器在线互联,实现楼宇、小区甚 至某个区域的集群智能用电[17]。但受响应速度[18]、 广泛通信协议一致性问题[19]、通信信道阻塞延时等 技术的限制[20],这一概念仍未得到有效应用。
物联网下 5G 等通信方式的发展、跨网络通信 技术的突破、一致性控制的应用可以有效助力解决 现有问题。5G 通信 10 ms 的通信时延能够很好地 满足海量用电设备之间的协调控制要求,以实现秒 级的调频需求;跨网络通信可以广泛连接各类型柔 性负荷,为集群需求响应创造便利条件,通过自治化 技术,智能家居进入网络时,所有的网络配置都能够 自动安装到新接入设备上,实现“自配置”;通过主从 一致性多智能体分散协同控制,解决集中控制方式 运算量过大、传送控制指令存在阻塞、延时的问题, 各智能体仅监测自身的运行状态,并与其相邻智能 体进行交流,通过分布式的信息交互获得全局信息, 实现大规模负荷资源的有效、精准控制。
2. 3 多元信息交互下的车联网
近年来大规模接入的可再生能源和新能源汽车 分别从输电侧和配电侧给传统电网的运行安全[21-22] 带来挑战。目前很多研究在探索将电动汽车作为帮 助电网实现削峰填谷[23]、协同消纳新能源[24-25]的灵 活性调节资源,可分为电动汽车有序充电[26-27]与车 电互联[28-29]2 种方式。 目前电动汽车的有序充电、车电互联都是粗颗 粒度下的集中优化控制[30],虽已有考虑电动汽车充 放电行为对电网影响的相关调度策略研究[31-33],但 相关研究未结合交通网络与电力网络的空间位置耦 合关系,未考虑电动汽车行驶过程中的能耗。相对 于集中优化控制,物联网下可以进行更高层面的融 合,通过能源系统和交通系统的融合,实现更细颗粒 度下的分散式优化控制[33-34]。一是通过北斗卫星导 航系统实现电动汽车的精准定位,根据电网具体位 置对充放电的实际需求,规划电动汽车至充电桩的 最优路径;二是通过卫星与 5G 等通信方式,将电网 电力供应信息与电动汽车位置信息、电池状态信息 相结合,通过信息发布与共享,考虑电网的实际情 况,在电力供应偏紧地区向电力充足的电动汽车发送信号,在负载偏低的地区向电力不足的电动汽车 发送信号,实现电网与交通网的信息交互,主动吸引 和引导电动汽车充放电。
2. 4 个性化增值服务
当前由于数据采集颗粒度和频度的缺乏,使得 用户画像技术难以得到应用,增值服务种类单一,用 户只是现有服务的被动接受者。通过智能电网下的 智能感知与控制技术可将碎片化的用户信息进行连 接与控制,基于云计算、边缘计算等技术解决当前电 能服务实施复杂、可复制性差、成本高等问题,使精 细化的用户画像成为可能。举例来说,对于居民用 户,可开展感知学习的智能家居服务[35];对于工业 用户,可通过在线电能质量甄别和治理服务提高企 业自身经济效益,改善电网电能质量,提高企业社会 效益。
1)感知学习的智能家居 智能感知与控制技术的发展将使产品之间的交 互由人为控制向系统自动控制转变[35-36]。通过高速 兼容通信方式实现各类传感器、控制元件、家电设备 的自动交互,并基于人工智能技术对人们日常行为 信息进行学习、建模与记忆存储,随时洞察用户需 求,根据用户行为模式的改变调整智能家居的控制 模式,实现基于居民生活习惯的自适应控制[37-39]。
2)在线电能质量甄别和治理 基于物联网可实现低成本、快响应的电能质量 管理[40]。智能终端(STU)的安装将省去传统功能 单一的检测设备成本(谐波检测仪、闪边分析仪、电 压测试仪等),基于边缘计算可在用户侧就近进行诊 断与决策,其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网 络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全 与隐私保护等方面的基本需求。
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